Сжатие воздуха в компрессоре сопровож¬дается выделением тепла. Тепловая энер¬гия концентрируется во вес уменьшаю¬щемся объеме, а излишек тепла выводит¬ся из компрессора прежде, чем воздух по¬падет в трубопроводную систему. В каж¬дой установке по производству сжатого воздуха нужно обеспечивать охлаждение. надежно отводящее нужное количество из¬быточного тепла. Охлаждение производит¬ся либо наружным воздухом, либо водой из городской водопроводной сети или из ре¬ки, или технической водой, движущейся по открытой или замкнутой системе.
Рекуперация тепловой энергии
Во многих производящих сжатый воз¬дух установках возможность сбережения энергии путем ее рекуперации значитель¬на, но зачастую не используется. В боль¬шинстве отраслей промышленности в це¬не сжатого воздуха расходы на энергию составляют практически 80%. В крупно¬габаритных безмасляных винтовых ком¬прессорах можно рекуперировать до 94% поставляемой компрессором энергии в виде горячей воды с температурой 90°С. Это означает, что все мероприятия по сбережению энергии характеризуются быстрой экономической отдачей.
Предположим, что компрессорная централь на большом предприятии по¬требляет 500 кВт в течение 8000 часов в год. Это соответствует не менее чем 4 миллионам кВт х ч/год. Отсюда следует, что вполне возможно рекуперировать это тепло в виде горячей воды или горя¬чего воздуха.
Срок оправдания затрат на рекупера¬цию энергии обычно составляет не более 1-8 лег. Кроме того, рекуперация энер¬гии с помощью замкнутой системы охла¬ждения означает улучшение условий экс¬плуатации компрессора, повышение на¬дежности его работы и увеличение сро¬ков службы благодаря поддержанию в компрессоре постоянной температуры и использованию большого количества ох¬лаждающей воды. В странах Северной Ев¬ропы, самых передовых странах в облас¬ти рекуперации энергии, уже давно ис¬пользуется горячая вода, поступающая от компрессоров.
В настоящее время большинство ком¬прессоров основных производителей по¬зволяют подключать стандартное обору¬дование для рекуперации энергии.
Расчет потенциала рекуперации
Практически вся энергия, поставляемая в компрессорную установку, преобразуется в тепло. Чем больше энергии можно реку¬перировать и использовать в других про¬цессах, тем выше эффективность систе¬мы.
Каждая компрессорная установка располагает большими возможностями для рекуперации энергии. В больших безмасляных винтовых компрессорах можно рекуперировать до 95% энергии, поставляемой компрессором.
Во многих случаях можно рекупериро¬вать более 90% энергии при условии, что охлаждение компрессорной установки вы¬полнено тщательно. Решающими фактора¬ми в этом случае являются работа системы охлаждения, расстояние до места потреб¬ления тепла, степень и продолжитель¬ность потребности в тепловой энергии.
При выделении значительных объемов тепловой энергии может возникнуть воп¬рос о продаже рекуперированной тепло¬вой энергии. Потребителями этой энер¬гии могут стать поставщики энергии, и вы сможете подписать договор об инвестици¬ях, субподряде и поставках. Существует также возможность координированной рекуперации энергии, поступающей из не¬скольких технологических процессов.
Способы рекуперации
Рекуперация энергии, полученной при экс¬плуатации установки по производству сжа¬того воздуха, не всегда дает тепло тогда, ко¬гда оно требуется, и, возможно, в недостаточных количествах. Количество производимой рекуперируемой энергии изменяется, если компрессор находится под переменной нагрузкой. Для того чтобы рекуперация была возможна, необходим соответствующий уровень потребления энергии, обеспечиваемый обычной энергосистемой. Рекуперируемую энергию лучше использовать как дополнительную к обычной системе и добавлять ее всегда, когда компрессор работает.
Системы с воздушным охлаждением
Возможными вариантами использования компрессоров с воздушным охлаждением: производящих большой поток горячего воздуха с относительно низкой темпера¬турой, являются непосредственный обог¬рев зданий или теплообмен с батареями предварительного нагрева. В этих случаях нагретый охлаждающий воздух распреде¬ляется с помощью вентиляторов.
Когда зданию не нужно дополнитель¬ное тепло, горячий воздух выводится в атмосферу автоматически, с использо¬ванием термостата, или вручную — путем изменения положения воздушной заслонки. Фактором, ограничивающим использование рекуперируемой энер¬гии, выступает расстояние от компрес¬сора до обогреваемого здания. Оно должно быть коротким, желательно, чтобы обогревалось соседнее с компрес¬сорной здание. Кроме того, такая воз¬можность рекуперации энергии ограни¬чивается холодным временем года. Реку¬перация энергии при переносе тепла воздухом чаще всего используется в ком¬прессорах малой или средней мощно¬сти. Рекуперация приводит к уменьше¬нию потерь энергии и не требует значи¬тельных капиталовложений.
Система с водяным охлаждением
Воду из компрессора с водяным охлажде¬нием, температура которой достигает 90°С, можно добавлять в систему снабжения предприятия горячей водой. Если горячая вода используется для мойки, умывания и душа, обычный бойлер все равно необходим. Энергия, которая рекуперируется из системы сжатого воздуха, обеспечивают лишь добавку, снижающую нагрузку на бойлер, сберегающую топливо и, возможно, позволяющую использовать бойлер меньших размеров.
Предпосылки для рекуперации энер¬гии сжатого воздуха в некоторой степени зависят от типа компрессора. Безмасля¬ные компрессоры даже в стандартном ис¬полнении легко модифицировать для ре¬куперации энергии. Компрессор такого типа с водяным охлаждением обеспечи¬вает температуру воды 90°С, требуемую для эффективной рекуперации.
В маслосмазываемых компрессорах масло, участвующее в процессе сжатия, является лимитирующим фактором в достижении более высоких температур охлаждающей поды.
В центробежных компрессорах темпе¬ратурные уровни ниже и потому меньше степень рекуперации. К тому же повы¬шенная температура охлаждающей воды отрицательно сказывается па работе та¬ких компрессоров.
Рекуперация энергии компрессоров с водяным охлаждением наилучшим обра¬зом подходит для компрессоров с мощно¬стью двигателя более 10 кВт. Рекупера¬ция энергии с использованием воды озна¬чает использование установки более сложной, чем при использовании возду¬ха. В этом случае основное оборудование состоит из насосов, теплообменника и регулирующих клапанов.
Используя водяную рекуперацию энергии, можно также подводить тепло к удаленным зданиям с помощью труб отно¬сительно малых диаметров (40-80 мм) без существенных потерь тепла. Высокая первоначальная температура дает воз-можность использовать энергию для повышения температуры обратной воды во-догрейного котла. Поэтому обычный на¬гревательный источник можно периоди¬чески отключать и заменять отходящим теплом компрессора. В производствен¬ных процессах тепло, отводимое от ком¬прессора можно также использовать для повышения температуры технологиче¬ского процесса. Возможно осуществить водяную рекуперацию даже при исполь¬зовании винтовых маслосмазываемых компрессоров с воздушным охлаждени¬ем. Для этого потребуется установка теп¬лообменника в масляном контуре, но та¬кая система выдает более низкую темпе¬ратуру, чем безмасляный компрессор.
|
